气动机械手回转臂结构设计

手臂伸缩、升降回转气缸的尺寸计算和校核 4.1.3 导向装置

气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

4.1.4 平衡装置

在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。

4.2 手臂升降缸的尺寸设计与校核

4.2.1 尺寸设计

（1）．测定手腕质量为80kg,则重力：

G?mg （4-5）

?80?10 ?800(N)

（2）．设计加速度a?5m，则惯性力：

s G1?ma （4-6）

?80?5 ?400(N)

考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数k?0.1，

Gm?kG1 （4-7）

?0.1?400 ?40(N)

? 总受力 Gq?G?G1?Gm （4-8）

?800?400?40(N) ?1240

Gq?G0 所以设计尺寸符合实际使用要求。

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东北林业大学本科设计 4.3 手臂回转缸的尺寸设计与校核

4.3.1 尺寸设计

气缸长度设计为b?120mm,气缸内径为D1?210mm,半径R=105mm,轴 D2?40mm?半径R?20mm,气缸运行角速度?=90/s，加速度时间?t?0.5s,压强P?0.4MPa

pb(R2?r2)M?2 （4-9）

0.4?106?0.12(0.1052?0.0202)?2 ?255(N.m)

4.3.2 尺寸校核

m?120kg测定参与手臂转动的部件的质量1,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径r?200mm的圆盘上，那么转动惯量：

m1r2J?2 （4-10）

120?0.102?2

2?0.6（kg.m）

M惯?J.??t （4-11）

考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数k?0.2

900.5?108(N.m) ?0.6?M摩?k.M惯 （4-12）

?0.2?108?5.（4N.m）

总驱动力矩：

M驱?M惯?M摩?108?5.4 （4-13）

?113.（4N.m）

M驱?M ? 设计尺寸满足使用要求。

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气动系统设计 5 气动系统设计

5.1 气压传动系统工作原理图

图6-1为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机（排气压力大于0.4-0.6MPa）通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。

图5-1 机械手气压传动原理图

表5-1 气动元件

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

型 号 规 格 QF-44

QSL-26-S1 QTY-20-S1 QIU-20-S1 YJ-1

Q24DH-10-S1 Q24D2H-10-S1 Q24D2H-15-S1

LI-25

名 称

手动截止阀 储气缸 分水滤气器 减压阀 油雾器

压力继电器

二位五通电磁滑阀 二位五通电磁滑阀 二位五通电磁滑阀 单向节流阀 单向节流阀 快速排气阀

数 量

1 2 1 1 1 1 1

4 1 2 2 1

各执行机构调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻

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东北林业大学本科设计 尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。

为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器。这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件。

电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。

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